(57)【要約】【課題】汎用化した推定式を用いてＥＧＲ入口のガス温度を推定することが可能なガス温度推定装置を提供する。【解決手段】燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４、及び、その排気ガス温度Ｔ４と前記内燃機関の冷却水の水温とをパラメータとする関数ｆ（Ｔ４−水温）を用いて、以下の式（３）によってＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定する。    Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｆ（Ｔ４−水温）    ・・・（３）  このような排気ガスの温度Ｔ４及び関数ｆ（Ｔ４−水温）のみを利用した推定式を用いることにより、内燃機関の機種に関係なく、ＥＧＲ入口ガス温度を推定することが可能になる。そして、そのＥＧＲ入口ガス温度の推定値と、温度センサによる実測値との温度差が所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定する。【選択図】図１０
2013221445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド内の配管及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるガス温度推定装置であって、
燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式（３）によって、前記ＥＧＲ通路入口のガス温度Ｔｅｇｒを推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｆ（Ｔ４−水温）    ・・・（３）
ただし、ｆ（Ｔ４−水温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
【請求項２】
燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド外の配管及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されガス温度推定装置であって、
燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４、及び、外気温を用いて、以下の式（６）によって、前記ＥＧＲ通路入口のガス温度Ｔｅｇｒを推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｇ（Ｔ４−外気温）    ・・・（６）
ただし、ｇ（Ｔ４−外気温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
【請求項３】
燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流するＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲ通路入口の温度を検出する温度センサとを備えた内燃機関に適用される故障診断装置であって、
前記温度センサにて検出された温度実測値と、請求項１記載の内燃機関のガス温度推定装置によって推定されたＥＧＲ通路入口ガス温度または請求項２記載の内燃機関のガス温度推定装置によって推定されたＥＧＲ通路入口ガス温度との温度差の絶対値が、所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定することを特徴とする故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置に関し、さらに詳しくは、排気系から吸気系に還流させるＥＧＲガスの温度を推定するガス温度推定装置、及び、温度センサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、排気エミッションの改善を目的として、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えたものが知られている。このようなＥＧＲ装置は、例えば、内燃機関の排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを備え、そのＥＧＲバルブの開度を調整することにより、排気通路からＥＧＲ通路を通じて吸気通路へ還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）が調整されるようになっている。こうしたＥＧＲ装置によって排気ガスの一部が吸気通路に戻されると、ＥＧＲガスにより燃焼温度が下がって燃焼室内での窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制され、排気エミッションが改善される。
【０００３】
ＥＧＲ装置としては、燃焼室から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド内の配管（通路）及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流する方式（ヘッド内配管方式）のものがあり、また、燃焼室から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド外の配管（通路）及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流する方式（ヘッド外配管方式）のものがある。
【０００４】
ここで、車両等に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関にあっては、燃焼状態を適正に制御するために、例えば、燃焼室に吸入される吸入空気の温度を推定する必要がある。また、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の場合、燃焼室への吸気温度を推定する際にＥＧＲガス温度を考慮する必要がある。このＥＧＲガス温度を取得する方法としては、例えば、ＥＧＲ通路にＥＧＲガスセンサを配置して、そのセンサ出力から検出する方法と、ＥＧＲガス温度を推定する方法とがある。また、ＥＧＲガス温度を推定する方法としては、下記の特許文献１、２に記載のものがある。これら特許文献１、２に記載の技術では、ＥＧＲガス温度を数式（推定式）を用いて推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１１５６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＥＧＲガス温度を推定する場合、上記した推定式あるいはマップを用いてＥＧＲガス温度を推定しているが、これら推定式やマップは汎用化することが難しい。このため、従来では、推定式やマップをエンジンの機種毎（例えば排気量毎）に実験等によって個別に適合しており、その作業の煩雑化や高コスト化を招くものとなっていた。
【０００７】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、汎用化した推定式を用いてＥＧＲ通路入口のガス温度を推定することが可能な内燃機関のガス温度推定装置、及び、温度センサの故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた発明の解決原理は、燃焼室から排出される排気ガスの温度と、エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの放熱量とに基づいて汎用化した推定式を用いて、ＥＧＲ通路入口のガス温度を推定できるようにしている。また、そのようにして推定したＥＧＲ入口ガス温度を用いて、ガス温度センサの故障診断を行うようにしている。
【０００９】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド内の配管及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、前記ＥＧＲ通路入口のガス温度を推定するガス温度推定装置を前提している。そして、このようなガス温度推定装置において、燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式（３）によって、前記ＥＧＲ通路入口のガス温度Ｔｅｇｒを推定することを特徴としている。
【００１０】
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｆ（Ｔ４−水温）    ・・・（３）
ただし、ｆ（Ｔ４−水温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
この発明は、ヘッド内配管方式のＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用される発明であって、燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４と、エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの放熱量（放熱量は関数ｆ（Ｔ４−水温）と相関）とに着目し、それら排気ガス温度Ｔ４及び関数ｆ（Ｔ４−水温）のみを利用した推定式を用いることにより、内燃機関の機種に関係なく、ＥＧＲ通路入口ガス温度を推定できるようにしている。しかも、エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの放熱量（放熱量は関数ｆ（Ｔ４−水温）と相関）を見積もることにより、従来制御と比較して、ＥＧＲ通路入口ガス温度を高い精度で推定できるようにしている。
【００１１】
また、本発明は、燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド外の配管及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、前記ＥＧＲ通路入口のガス温度を推定するガス温度推定装置において、燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４及び外気温を用いて、以下の式（６）によって、前記ＥＧＲ通路入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定することを特徴としている。
【００１２】
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｇ（Ｔ４−外気温）    ・・・（６）
ただし、ｇ（Ｔ４−外気温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
この発明は、ヘッド外配管方式のＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用される発明であって、燃焼室から排出される排気ガスの温度Ｔ４と、エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの放熱量（放熱量は関数ｇ（Ｔ４−外気温）と相関）とに着目し、それら排気ガス温度Ｔ４及び関数ｇ（Ｔ４−外気温）のみを利用した推定式を用いることによって、内燃機関の機種に関係なく、ＥＧＲ通路入口ガス温度を推定できるようにしている。しかも、エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの放熱量（放熱量はｇ（Ｔ４−外気温）と相関）を見積もることにより、従来制御と比較して、ＥＧＲ通路入口ガス温度を高い精度で推定できるようにしている。
【００１３】
本発明において、ＥＧＲ通路入口ガス温度を測定する温度センサを備えている場合、上記式（３）または上記式（６）を用いて推定したＥＧＲ通路入口ガス温度（推定値）を利用して、上記温度センサの故障診断装置を構成してもよい。この場合、具体的には、温度センサにて検出されたＥＧＲ通路入口ガス温度の実測値と、上記式（３）または上記式（６）を用いて推定したＥＧＲ通路入口ガス温度（推定値）との温度差の絶対値を求め、その温度差の絶対値が所定の判定値（正常判定基準値）よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定するという構成を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＥＧＲ通路入口のガス温度を推定する推定式を汎用化しているので、その推定式を作成する作業の簡略化を図ることができ、コスト低減化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用するエンジン及びその制御系の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの熱系の一例（ヘッド内配管方式の例）を示すモデル図である。
【図５】ＥＧＲガス流量及び排気ガス温度Ｔ４と放熱量Ｑｃとの関係を示すグラフである。
【図６】［排気ガス温度Ｔ４−水温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係を示すグラフである。
【図７】ＥＧＲ入口ガス温度の推定値とＥＧＲ入口ガス温度の実測値との関係を示す図である。
【図８】エキゾーストマニホールドからＥＧＲ通路入口までの熱系の他の例（ヘッド外配管方式の例）を示すモデル図である。
【図９】［排気ガス温度Ｔ４−外気温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係を示すグラフである。
【図１０】ＥＧＲガス温度センサの故障診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】［排気ガス温度Ｔ４−水温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係を示すグラフである。
【図１２】［排気ガス温度Ｔ４−外気温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態は、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明を適用した場合について説明する。
【００１８】
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２０】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
【００２１】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３・・２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００２２】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続されるインテークマニホールド６３を備え、このインテークマニホールド６３に吸気管６４が接続されており、これら吸気ポート１５ａ、インテークマニホールド６３及び吸気管６４等によって吸気通路が構成されている。この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気温度センサ３１、後述するターボチャージャ５のコンプレッサインペラ５３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２などが配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。吸気温度センサ３１は、エアクリーナ６５を通過した空気の温度（外気温に相当）に応じた電気信号を出力する。
【００２３】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続されるエキゾーストマニホールド７２を備え、このエキゾーストマニホールド７２に対して、排気管７３が接続されており、これら排気ポート７１、エキゾーストマニホールド７２及び排気管７３等によって排気通路が構成されている。この排気通路には、後述するターボチャージャ５のタービンホイール５２、及び、排気浄化ユニット７７などが配設されている。
【００２４】
排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ触媒(排気浄化触媒)７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。なお、排気浄化ユニット７７としてＤＰＮＲ触媒を適用してもよい。
【００２５】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００２６】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体からなり、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００２７】
ここで、エンジン１の燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を参照して説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００２８】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００２９】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００３０】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３１】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａ及び上記排気ポート７１がそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００３２】
−ターボチャージャ−
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管（吸気通路）６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管（排気通路）７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させ、吸気圧を高めるといった、いわゆる過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３３】
ターボチャージャ５のタービンホイール５２はタービンハウジング５２ａ内に収容されており、また、コンプレッサインペラ５３はコンプレッサハウジング５３ａ内に収容されている。そして、タービンホイール５２、タービンハウジング５２ａ及び可変ノズルベーン機構などによってタービン５２０が構成されており、また、コンプレッサインペラ５３及びコンプレッサハウジング５３ａなどによってコンプレッサ５３０が構成されている。
【００３４】
吸気系６の吸気管６４（コンプレッサ５３０の吸気流れの下流側の吸気通路）には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００３５】
−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８０が設けられている。このＥＧＲ通路８０は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによりＮＯｘ生成量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８０には、電子制御によって無段階に開閉され、ＥＧＲ通路８０を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８０、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）８が構成されている。なお、ＥＧＲ装置８としては、上記ＥＧＲクーラ８２を備えていない構成のものであってもよい。
【００３６】
ここで、ＥＧＲ装置８としては、例えば、エンジン１の燃焼室３から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールド７２からシリンダヘッド１５（図２参照）外の配管（通路）及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流する方式（ヘッド外配管方式）のもの（図１に示す形態のもの）と、エンジン１の燃焼室３から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールド７２からシリンダヘッド１５内の配管（通路）及びＥＧＲ通路を通じて吸気系に還流する方式（ヘッド内配管方式）のものとがある。
【００３７】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３８】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。
【００３９】
吸入空気温度センサ３１は、ターボチャージャ５のコンプレッサ５３０の吸気流れの上流側に配置され、エアクリーナ６５を通過した空気の温度（コンプレッサ５３０の入口に流入する空気の温度（外気温に相当））に応じた検出信号を出力する。
【００４０】
吸気圧センサ４８は、インテークマニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。インマニ温度センサ（吸気温センサ）４９は、インテークマニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。排気ガス温度センサ３２は、燃焼室３から排出された排気ガスの温度（エキゾーストマニホールド７２内の温度）温度に応じた検出信号を出力する。
【００４１】
Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。排気温センサ４５ａ，４５ｂは、同じくＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。
【００４２】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。
【００４３】
図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、インマニ温度センサ４９、吸入空気温度センサ３１、排気ガス温度センサ３２が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００４４】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００４５】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００４６】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００４７】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
【００４８】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数（エンジン回転速度）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００４９】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００５０】
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。なお、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００５１】
なお、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、ＮＯｘ還元処理、Ｓ被毒回復制御、ＤＰＦ再生処理に利用される。
【００５２】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度（開度＝０（閉鎖）の場合も含む）を制御し、インテークマニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。
【００５３】
また、ＥＣＵ１００は、後述するＥＧＲ通路入口ガス温度（以下、ＥＧＲ入口温度ともいう）の推定を行う。さらに、その推定したＥＧＲ入口ガス温度に基づいて、後述するＥＧＲガス温度センサの故障診断を行う。
【００５４】
以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって、本発明のガス温度推定装置及び故障診断装置が実現される。
【００５５】
−ＥＧＲ入口ガス温度−
次に、本実施形態の特徴部分である、ＥＧＲ入口ガス温度を推定する手法について説明する。ここでは、上記ヘッド内配管方式のＥＧＲ装置を備えたエンジンと、ヘッド外配管方式のＥＧＲ装置を備えたエンジンとにおいて、それぞれ、ＥＧＲ入口ガス温度を推定する手法について説明する。
【００５６】
＜ヘッド内配管方式＞
まず、ヘッド内配管方式の場合は、図４に示すような系で考え、燃焼室３から排出される排気ガスの温度Ｔ４とし、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒとすると、エキゾーストマニホールド７２からシリンダヘッド通過まで（ＥＧＲ通路８０の入口まで）の放熱量Ｑｃは、以下の式（１）で表すことができる。
【００５７】
Ｑｃ＝ＥＧＲガス量×比熱×（Ｔ４−Ｔｅｇｒ）  ・・・（１）
ここで、放熱量ＱｃはＥＧＲガス量に比例し、また、排気ガス温度Ｔ４が高いほどヘッド内配管内外の温度差が大きくなるので、図５に示すように、排気ガス温度Ｔ４が高いほど放熱量Ｑｃは増加する。なお、図５は、ＥＧＲガス量及び排気ガス温度Ｔ４と放熱量Ｑｃとの関係を実験・シミュレーション等によって取得した結果を直線近似した近似線を描いたグラフである。
【００５８】
次に、ヘッド内配管の温度を水温（エンジン冷却水温度）と定義し、その水温で単位質量あたりの放熱量Ｑｃ（図５の各近似線の傾き）を整理したところ、図６に示すように、［Ｔ４−水温］と単位質量あたりの放熱量Ｑｃ（図５の傾き＝Ｑｃ／ＥＧＲガス流量）との間に相関関係があることが見出された。つまり、［Ｔ４−水温］と［放熱量Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係は、エンジン１の機種（排気量等のハード構成）に関係なく一義的に規定することが可能である、ということが判明した。そして、この図６の実線（二次曲線）を実験式化すると、以下の式（２）で表すことができる。
【００５９】
Ｑｃ／ＥＧＲガス量＝ｆ（Ｔ４−水温）    ・・・（２）
この式（２）及び上記式（１）から、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒは、以下の式（３）で表すことができ、この式（３）によってＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒの推定値を算出することができる。
【００６０】
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｆ（Ｔ４−水温）    ・・・（３）
ただし、ガス比熱は関数ｆ（Ｔ４−水温）に含まれる。また、式（３）の関数ｆ（Ｔ４−水温）つまり図６の二次関数は、実験またはシミュレーションによって決定される。また、この関数ｆ（Ｔ４−水温）を含む上記式（３）はＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００６１】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転時において、排気ガス温度センサ３２の出力信号から排気ガス温度Ｔ４を算出するとともに、水温センサ４６の出力信号から水温を算出し、それら排気ガス温度Ｔ４及び水温を用いて、上記式（３）からＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを算出（推定）する。
【００６２】
なお、排気ガス温度Ｔ４については、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度（踏み込み量）から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップを参照して排気ガス温度を推定した推定値を用いてもよい。
【００６３】
ここで、上記式（３）は、図６に示す［Ｔ４−水温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係から求めた推定式であって、排気ガス温度Ｔ４とエンジン１の水温のみでＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを算出する式であるので、エンジン１の機種（排気量等のハード構成）に関係なく使用することが可能であって汎用性がある（実用的なＥＧＲ配管の取り回しの範囲において汎用性がある）。しかも、エキゾーストマニホールド７２からＥＧＲ通路８０の入口までの放熱量を見積もっているので（排気ガス温度Ｔ４から放熱量分を引き算しているので）、従来技術よりもＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを高い精度で推定することができる。
【００６４】
なお、本発明の発明者らは、上記式（３）の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン（例えば２〜３Ｌの範囲で排気量が異なる多数のエンジン）について、上記式（３）を用いてＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを推定した。また、その各機種のエンジンについて、ＥＧＲ入口温度をセンサにて実測した。これらＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒの推定値と実測値との関係を図７に示す。この図７から明らかなように、ＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒの推定値とＥＧＲ入口温度の実測値とがほぼ一致しており、これにより、実用的なＥＧＲ配管の取り回しの範囲では、上記式（３）を、ＥＧＲ入口ガス温度を推定する汎用式として使用可能であることが確認できた。
【００６５】
＜ヘッド外配管方式＞
次に、ヘッド外配管方式のＥＧＲ装置について説明する。
【００６６】
まず、ヘッド外配管方式の場合、図８に示すような系で考え、燃焼室３から排出される排気ガスの温度Ｔ４とし、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒとすると、エキゾーストマニホールド７２からＥＧＲ通路８０の入口までの放熱量Ｑｃは、以下の式（４）で表すことができる。
【００６７】
Ｑｃ＝ＥＧＲガス量×比熱×（Ｔ４−Ｔｅｇｒ）  ・・・（４）
ここで、このヘッド外配管方式の場合も、上記したヘッド内配管方式の場合と同様に、放熱量ＱｃはＥＧＲガス量に比例し、また、排気ガス温度Ｔ４が高いほど放熱量Ｑｃが増加する。
【００６８】
次に、ヘッド外配管の温度を外気温と定義し、その外気温で単位質量あたりの放熱量Ｑｃ（図５の近似線の傾きに相当）を整理したところ、図９に示すように、［Ｔ４−外気温］と単位質量あたりの放熱量Ｑｃ（傾き＝Ｑｃ／ＥＧＲガス流量）との間に相関関係があることが見出された。つまり、［Ｔ４−外気温］と［放熱量Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係は、エンジン１の機種（排気量等のハード構成）に関係なく一義的に規定することが可能である、ということが判明した。そして、この図９の実線（二次曲線）を実験式化すると、以下の式（５）で表すことができる。
【００６９】
Ｑｃ／ＥＧＲガス量＝ｇ（Ｔ４−外気温）    ・・・（５）
この式（５）及び上記式（４）から、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒは、以下の式（６）で表すことができ、この式（６）によってＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒの推定値を算出することができる。
【００７０】
Ｔｅｇｒ＝Ｔ４−ｇ（Ｔ４−外気温）    ・・・（６）
ただし、ガス比熱は関数ｇ（Ｔ４−外気温）に含まれる。また、式（６）の関数ｇ（Ｔ４−外気温）つまり図９の二次関数は、実験またはシミュレーションによって決定される。また、この関数ｇ（Ｔ４−外気温）を含む上記式（６）はＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００７１】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転時において、排気ガス温度センサ３２の出力信号から排気ガス温度Ｔ４を算出するとともに、吸入空気温度センサ３１の出力信号から外気温を算出し、それら排気ガス温度Ｔ４及び外気温を用いて、上記式（６）からＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを算出（推定）する。
【００７２】
なお、排気ガス温度Ｔ４については、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度（踏み込み量）から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップを参照して排気ガス温度を推定した推定値を用いてもよい。また、外気温については、エンジンルーム内温度（エンジンコンパートメント内温度）のセンサ検出値もしくは推定値を用いるようにしてもよい。
【００７３】
この例においても、上記式（６）は、［Ｔ４−外気温］と［Ｑｃ／ＥＧＲガス流量］との関係から求めた推定式であって、排気ガス温度Ｔ４と外気温のみでＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを算出する式であるので、エンジン１の機種（排気量等のハード構成）に関係なく使用することが可能であって汎用性がある（実用的なＥＧＲ配管の取り回しの範囲において汎用性がある）。しかも、エキゾーストマニホールド７２からＥＧＲ通路８０の入口までの放熱量を見積もっているので（排気ガス温度Ｔ４から放熱量分を引き算しているので）、従来技術よりもＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを高い精度で推定することができる。
【００７４】
なお、本発明の発明者らは、上記式（６）の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン（例えば２〜３Ｌの範囲で排気量が異なる多数のエンジン）について、上記式（６）を用いてＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒを推定した。また、その各機種のエンジンについて、ＥＧＲ入口温度をセンサにて実測した。これらＥＧＲ入口温度Ｔｅｇｒの推定値と実測値との関係を調べたところ、上記した図７と同様な結果が得られた。これにより、実用的なＥＧＲ配管の取り回しの範囲では、上記式（６）を、ＥＧＲ入口ガス温度を推定する汎用式として使用可能であることが確認できた。
【００７５】
−ＥＧＲガス温度センサ故障診断−
以上のように、本実施形態にあっては、ＥＧＲガス入口温度を推定することが可能であるので、ＥＧＲガス温度センサを備えている場合、そのＥＧＲガス温度センサの故障診断を行うことができる。
【００７６】
その具体的な処理（ＥＧＲガス温度センサの故障診断処理）の一例について、図１０のフローチャートを参照して説明する。この図１０の処理ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返して実行される。
【００７７】
まず、ステップＳＴ１０１において、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定する。具体的には、排気ガス温度センサ３２の出力信号から排気ガス温度Ｔ４を算出するとともに、水温センサ４６の出力信号から水温を算出し、それら排気ガス温度Ｔ４及び水温を用いて上記式（３）によってＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定する。
【００７８】
なお、排気ガス温度については推定値を用いてもよい。例えば、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度（踏み込み量）から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成された推定マップを参照して排気ガス温度を推定し、その排気ガス温度の推定値を用いてＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、ステップＳＴ１０２において、上記ＥＧＲガス温度センサの出力信号からＥＧＲ入口ガス温度（実測値）を検出する。
【００８０】
ステップＳＴ１０３では、上記ステップＳＴ１０２で検出したＥＧＲ入口ガス温度（実測値）と、上記ステップＳＴ１０１で推定したＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒ（推定値）との温度差（絶対値）ΔＴを算出する（ΔＴ＝｜ＥＧＲ入口ガス温度−推定Ｔｅｇｒ｜）。
【００８１】
ステップＳＴ１０４では、上記ステップＳＴ１０３で算出した温度差（絶対値）ΔＴが所定の正常判定基準値Ｔｒｅｆ以下であるか否かを判定する。このステップＳＴ１０４の判定処理に用いる正常判定基準値Ｔｒｅｆについては、例えば、ＥＧＲガス温度センサが正常である場合の上記温度差ΔＴ（｜ＥＧＲ入口ガス温度−推定Ｔｅｇｒ｜）の許容範囲（正常範囲）を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定する。
【００８２】
そして、上記ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［ΔＴ≦Ｔｒｅｆ］である場合）は、ＥＧＲガス温度センサは正常であると判断する（ステップＳＴ１０５）。
【００８３】
一方、ステップＳＴ１０４の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合、つまり、ＥＧＲ入口ガス温度（実測値）と推定ＥＧＲ入口ガスＴｅｇｒとの温度差ΔＴが正常判定基準値Ｔｒｅｆよりも大きい（ΔＴ＞Ｔｒｅｆ）場合は、ＥＧＲガス温度センサに故障が生じていると判断（診断）する（ステップＳＴ１０６）。この場合、例えば、車室内のメータパネル上のＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｌａｍｐ；警告ランプ）を点灯させてユーザ（運転者）に警告を促すとともに、上記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報を書き込む。
【００８４】
なお、以上の故障診断処理では、上記した式（３）を用いた場合（ヘッド内配管方式の場合）について説明したが、ＥＧＲ装置８がヘッド外配管式である場合は、上記した式（６）を用いて故障診断を行う。
【００８５】
この場合、上記図１０のステップＳＴ１０１において、排気ガス温度センサ３２の出力信号から排気ガス温度Ｔ４を算出するとともに、吸入空気温度センサ３１の出力信号から外気温を算出し、それら排気ガス温度Ｔ４及び外気温を用いて、上記式（６）からＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを算出（推定）する。そして、図１０のステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０６と同等な処理を行って、ＥＧＲガス温度センサの正常／故障を判断するようにすればよい。
【００８６】
（変形例１）
上記した図６の縦軸（Ｑｃ／ＥＧＲガス流量）は図４に示す系の入口温度と出口温度との差分であり、図６の横軸（Ｔ４−水温）は図４に示す系の入口温度と冷却媒体（エンジン冷却水）温度との差分であるので、図６は図４の系における放熱効率を示す図と考えられる。ここで、図６は二次関数として扱うこともできるが、範囲を限定すると、図１１の破線で示すように一次関数（効率一定）と見なすことが可能である。したがって、この図１１の破線の傾き及び切片（関数ｆ（Ｔ４−水温））を実験またはシミュレーションによって求めることによって上記式（３）を得るようにしてもよい。
【００８７】
（変形例２）
上記した図９の縦軸（Ｑｃ／ＥＧＲガス流量）は図８に示す系の入口温度と出口温度との差分であり、横軸（Ｔ４−外気温）は図８に示す系の入口温度と外気温との差分であるので、図９は図８の系における放熱効率を示す図と考えられる。ここで、図９は二次関数として扱うこともできるが、範囲を限定すると、図１２の破線で示すように一次関数（効率一定）と見なすことが可能である。したがって、この図１２の破線の傾き及び切片（関数ｇ（Ｔ４−外気温））を実験またはシミュレーションによって求めることによって上記式（６）を得るようにしてもよい。
【００８８】
（変形例３）
以上説明したように、本実施形態では、ＥＧＲ入口ガス温度Ｔｅｇｒを推定することができるので、ＥＧＲ出口ガス温度も推定することが可能である。具体的には、上記式（３）または式（６）で算出されるＥＧＲ入口ガス温度（推定値）に、ＥＧＲ通路入口から出口までの系の放熱効率（ＥＧＲクーラ８２の冷却効率も含む）を乗算することによって、ＥＧＲ出口ガス温度を算出（推定）することができる。
【００８９】
−他の実施形態−
以上の例では、車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンの温度推定・温度センサ故障診断に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００９０】
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンの温度推定・温度センサ故障診断への適用も可能である。
【００９１】
また、本発明は、ディーゼルエンジンに限られることなく、ガソリンエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置及び故障診断装置に利用可能であり、さらに詳しくは、排気系から吸気系に還流させるＥＧＲガスの温度を推定するガス温度推定装置及び故障診断装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１  エンジン
３１  吸入空気温度センサ
３２  排気ガス温度センサ
６  吸気系
６３  インテークマニホールド
６４  吸気管（吸気通路）
７  排気系
７２  エキゾーストマニホールド
７３  排気管（排気通路）
８  ＥＧＲ装置
８０  ＥＧＲ通路
８１  ＥＧＲバルブ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2013221445.tif 000003
【図２】
2013221445.tif 000004
【図３】
2013221445.tif 000005
【図４】
2013221445.tif 000006
【図５】
2013221445.tif 000007
【図６】
2013221445.tif 000008
【図７】
2013221445.tif 000009
【図８】
2013221445.tif 000010
【図９】
2013221445.tif 000011
【図１０】
2013221445.tif 000012
【図１１】
2013221445.tif 000013
【図１２】
2013221445.tif 000014